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Quali Sono i Tipi di Sistemi di Gruppo di Continuità (UPS)?

Updated on ago 16, 2022
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Il gruppo di continuità (UPS) è un componente cruciale del sistema di alimentazione del data center per fornire energia di backup quando la fonte di alimentazione primaria si guasta. Non tutti i sistemi UPS sono uguali. Variano notevolmente per topologia, dimensioni, capacità, fattore di forma, ecc. Questo post cerca di aiutarvi a comprendere meglio il sistema UPS, presentando i tipi di UPS da alcune prospettive comuni e sottolineandone le caratteristiche e le applicazioni in modo elaborato.

 

Topologia: UPS statico vs UPS rotante

Gli UPS statici e gli UPS rotativi sono classificazioni ampiamente accettate dal pubblico. Sebbene svolgano la stessa funzione, i componenti dei due sistemi e le loro caratteristiche variano notevolmente.

UPS rotante

La tecnologia UPS rotativa è il sistema più vecchio in uso da molti anni. Si chiama "rotatante" perché all'interno dell'architettura sono presenti componenti rotanti (come i generatori di motori) che trasferiscono l'energia al carico. I componenti concreti del sistema UPS rotante possono variare da fornitore a fornitore. Il diagramma seguente rappresenta una versione semplice della topologia degli UPS rotativi.

Figura 1: UPS rotante

L'UPS rotante ha una bassa ridondanza, tipicamente di 15-30 secondi, pertanto viene spesso abbinato a un generatore diesel per supportare i carichi per lunghi periodi di tempo. È applicabile alle applicazioni industriali perché è prodotto con una capacità elevata, pari o superiore a 125 kVA. Per le applicazioni caratterizzate da molteplici e brevi interruzioni di corrente, l'UPS rotante svolge un ruolo di primo piano. Alcuni UPS rotanti sono utilizzati anche per applicazioni ad alta sicurezza, come quelle militari, con l'obiettivo di prevenire le intercettazioni elettriche. Poiché gli UPS rotanti comportano un investimento fisso e la necessità di apparecchiature ausiliarie, il costo può essere superiore a quello degli UPS statici. Per quanto riguarda l'efficienza, l'UPS rotante sostiene perdite fisse più elevate ed è meno efficace di quello statico. Per questi motivi, gli UPS rotativi occupano una posizione minoritaria nel mercato degli UPS.

UPS statico

L'UPS statico si basa esclusivamente sull'alimentazione a batteria come fonte di emergenza. Oggi i gruppi di continuità nella maggior parte delle applicazioni sono UPS statici e talvolta il termine UPS viene utilizzato per indicare gli UPS statici. L'UPS statico ha una gamma di applicazioni più ampia rispetto all'UPS rotativo e funziona in modo più efficiente, con un vantaggio significativo sotto il 50% di carico. In base al principio di funzionamento, i comuni UPS statici sono costituiti da UPS a doppia conversione (detti anche on-line), standby passivi (detti anche off-line) e UPS interattivi di linea. Gli UPS con tecnologia a doppia conversione in linea forniscono il massimo livello di protezione dell'alimentazione, ma sono più costosi delle altre tecnologie, mentre la tecnologia di standby off-line richiede il costo più basso, ma fornisce una protezione minima dell'alimentazione. La tecnologia line-interactive richiede un costo inferiore rispetto a quella online, ma è facile che si rompa durante il passaggio alla modalità a batteria. Per ulteriori informazioni su queste tre tecnologie UPS, è possibile fare riferimento a Confronto tra le topologie di UPS: Line-interactive vs Online vs Offline.

Figura 2: UPS statico

 

Progettazione del trasformatore: UPS senza trasformatore vs UPS con trasformatore

Dal punto di vista dell'utilizzo dei trasformatori, i sistemi UPS possono essere classificati in UPS senza trasformatore e UPS con trasformatore.

UPS a trasformatore

I componenti principali di un sistema UPS basato su trasformatori sono illustrati nella Figura 3.

Figura 3: Versione semplice dello schema dell'UPS a trasformatori

Nel sistema UPS basato su trasformatore, l'energia fluisce attraverso il raddrizzatore (Rect), l'inverter (Inv) e il trasformatore fino all'uscita e alimenta il carico critico. Un interruttore di bypass automatico (interruttore statico) collega l'ingresso e l'uscita, consentendo all'UPS di essere bypassato. L'UPS basato su trasformatore si differenzia dalla controparte senza trasformatore per la presenza di un trasformatore prima del raddrizzatore. Lo scopo del trasformatore in questo tipo di UPS è quello di contribuire ad aumentare la tensione dell'uscita dell'UPS per fornire al carico critico la stessa tensione nominale dell'ingresso. L'UPS basato su trasformatore è una scelta popolare nelle applicazioni che richiedono l'isolamento galvanico o il raggiungimento di grandi KW.

UPS senza trasformatore

L'UPS senza trasformatore deve il suo nome al fatto che non include un trasformatore di isolamento come parte del suo progetto. Sebbene l'UPS senza trasformatore funzioni come quello con trasformatore, il sistema UPS senza trasformatore è più semplice e comprende un numero inferiore di componenti. In un tipico UPS senza trasformatore, ci sono transistor bipolari a porta isolata (IGBT) che si occupano di alte tensioni, quindi la necessità di un trasformatore di trasmissione step-up dopo l'inverter è eliminata.

Figura 4: Versione semplice dello schema dell'UPS senza trasformatore

La maggior parte degli UPS senza trasformatore sono oggi costruiti con unità modulari. Rispetto a quelli basati su trasformatori, le dimensioni fisiche degli UPS senza trasformatore sono più piccole, il funzionamento è più semplice e il costo è più basso, ma la loro potenza è limitata. Per ottenere dimensioni maggiori di KW o ridondanza, è necessario mettere in parallelo più moduli UPS, il che può causare un guasto al sistema a causa dell'aumento dei dispositivi. Nel complesso, i gruppi di continuità senza trasformatore sono più vantaggiosi nelle applicazioni con carichi ridotti.

 

Tensione di fase: UPS monofase vs trifase

In base alla tensione di fase in ingresso e in uscita, gli UPS possono essere classificati in monofase e trifase.

UPS monofase

L'UPS monofase può essere indicato anche come monofase o monofase. Ha un'unica fonte di ingresso e di uscita per l'apparecchiatura di alimentazione che utilizza una sola tensione sinusoidale. Contiene solo due fili per coprire la corrente: un conduttore e un neutro. Le applicazioni con bassi requisiti di kVA (in genere fino a 20kVA), come l'uso domestico, le piccole imprese, ecc. sono quelle in cui vengono tipicamente utilizzati gli UPS monofase.

UPS trifase

In un sistema di alimentazione trifase, ci sono tre conduttori separati che forniscono energia continua al carico. Contiene un minimo di quattro fili, di solito tre conduttori e un neutro, che supportano l'uscita trifase o l'uscita monofase. Oggi la maggior parte dei data center, delle applicazioni commerciali, industriali e mediche scelgono gli UPS trifase come soluzione perfetta per i loro grandi sistemi di alimentazione con carichi critici.

Gli UPS monofase e trifase si differenziano principalmente per il numero di conduttori, le onde sinusoidali e la tensione. Per ulteriori informazioni sul confronto tra UPS monofase e UPS trifase, consultare questo post: UPS monofase vs trifase: Qual è la differenza e come scegliere?

 

Fattore di forma: UPS a torre o a rack o modulare

I gruppi di continuità sono progettati per vari scenari, il che dà origine a diversi fattori di forma.

UPS a torre

L'UPS a torre è il tradizionale UPS verticale, ovvero una struttura indipendente a terra o su una scrivania/scaffale progettata per ambienti ad alta disponibilità, che richiedono spazio sufficiente per l'unità indipendente. È applicabile a utenti domestici, piccoli uffici o piccoli data center. La figura seguente mostra un UPS a torre a doppia conversione in linea.

Figura 5: UPS a torre trifase

UPS a rack

L'UPS per montaggio su rack è un'unità UPS che può essere installata e utilizzata su un rack. È progettato per l'uso in ambienti con montaggio su rack, dai grandi data center agli armadi di rete e ad altre postazioni periferiche remote. Rispetto alla struttura tradizionale dell'UPS a torre, l'UPS a rack presenta i vantaggi di semplificare la disposizione tra i rack, di utilizzare lo spazio, di risparmiare spazio e di integrare il monitoraggio e la gestione.

Ci sono anche UPS a torre & a rack che è possibile utilizzare l'UPS come UPS indipendente o integrato nell'armadio rack esistente. Il diagramma seguente mostra un UPS monofase a torre & a rack.

Figure 6: Single-phase Rackmount & Tower UPS

UPS modulare

L'UPS modulare può essere installato in un armadio standard. Simile all'UPS a rack, l'UPS modulare è superiore all'UPS tradizionale per le caratteristiche di risparmio di spazio e facilità di gestione. L'UPS modulare è generalmente collegabile a caldo e può essere configurato in base alle esigenze attuali o aggiunto in futuro, riducendo notevolmente i tempi e facilitando l'installazione o la riparazione. Inoltre, l'UPS modulare offre una maggiore estensibilità, in quanto la configurazione modulare consente di avere una serie di UPS più piccoli che funzionano in parallelo senza limitazioni sul numero di moduli anziché come una grande unità.

 

Scegliete il tipo di UPS giusto in base ai requisiti specifici

Questa guida alla classificazione consente di comprendere i diversi tipi di sistemi UPS. Poiché ogni tipo ha caratteristiche uniche e applicazioni adatte, si raccomanda un'attenta valutazione della scelta dei tipi di UPS per ottenere un sistema di alimentazione stabile e affidabile.

 

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